生物質棕櫚殼衍生多孔碳在電化學儲能上的應用.pdf

1、電極材料是影響超級電容器(ECs)和鋰硫(Li-S)電池性能的主要因素。由于碳材料價格低廉、來源廣泛、理化性能穩(wěn)定等，廣泛應用于冶金、陶瓷、催化劑、氣體吸附劑和電極材料等領域。目前，采用生物質替代傳統(tǒng)的礦物原料并將其衍生為多孔碳材料，不僅能夠優(yōu)化材料的性能，而且可以達到經(jīng)濟環(huán)保的共贏作用。因而受到研究者的廣泛關注。本論文從可再生生物質廢棄物——棕櫚殼(PKS)出發(fā)，將其作為廉價碳源，經(jīng)過初步碳化和氫氧化鉀(KOH)化學活化，有目的地提出

2、一種簡單而有效的方案以制備棕櫚殼多孔活性碳材料，利用掃描電鏡(SEM)、氮氣吸附法(BET)、碘值測定等手段對碳材料進行形貌、結構和性能的研究，并將它們應用于超級電容器和鋰硫電池正極材料。本文研究的主要內容如下:
　　(1)以可再生生物質棕櫚殼為碳源，經(jīng)過初步碳化和以KOH為活化劑的化學活化，制備出棕櫚殼多孔活性碳材料，其比表面積高達2760m2g-1，碘吸附值可達1100m2g-1。碳材料收率，比表面積及孔體積，碘吸附值和微觀形

3、貌等的影響因素主要來自于堿碳比，活化溫度等工藝參數(shù)，通過對其進行深入探討，確定了當堿碳比為4∶1，活化溫度為900℃時，其制備工藝最佳。棕櫚殼活化后所得多孔活性碳材料仍屬于無定型碳，主要含有C、H、O和少量S、N元素。
　　(2)將制備的棕櫚殼多孔活性碳應用于超級電容器。棕櫚殼不僅作為低成本的碳源，其豐富的纖維素，木質素等成分更為最終產(chǎn)物提供了氮、硫、磷等雜原子。雜原子的存在不僅提供了氧化還原贗電容，也有利于抑制碳材料表面部分含氧

4、官能團在充放電過程中發(fā)生的不可逆變化。受益于多孔結構及其組成的協(xié)同作用，所制備的棕櫚殼衍生N，S，P共摻雜多孔活性碳表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。在3.0mol L-1的KOH電解質溶液中，三電極體系在電流密度為1.0Ag-1時其比電容(Cs)可達380Fg-1，并且具有良好的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性;此外，所制備的對稱超級電容器在1.0A g-1的電流密度下也具有優(yōu)異的循環(huán)性能，且在398.4W kg-1的功率密度下其最大能量密度為27.6W

5、h kg-1。
　　(3)將制備的棕櫚殼多孔活性碳材料作為鋰硫電池正極材料的導電框架，所得多孔碳/硫復合電極具有高比容量，良好的速率能力和穩(wěn)定的循環(huán)性能。在200mA g-1的電流密度下，具有60％硫含量的多孔碳/硫復合電極的初始放電容量為1045mAh g-1。在800mA g-1的電流密度下，多孔碳/硫復合電極在1000次循環(huán)中顯示出66％的容量保持率，其庫侖效率保持在約99％。良好的電化學性能歸因于多孔碳優(yōu)異的結構參數(shù)，超高